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Departamento de Fisiología – Facultad de Medicina
Montevideo - 2017
PRÁCTICAS DE FISIOLOGÍA - ANEXOS
El presente material contiene algunas consideraciones generales sobre aspectos teórico-prácticos
de la estimulación eléctrica de preparaciones biológicas y sistemas de adquisición de señales biológicas
mediante los equipamientos de uso habitual en el Salón de Clases Prácticas de Fisiología. Constituye así
un material complementario de los Protocolos de los Prácticos de Fisiología, elaborado en base a los
manuales de los equipamientos y programas de adquisición de datos, sin pretender sustituir el empleo
de estos últimos como herramienta necesaria para un adecuado manejo de dichos sistemas.
ANEXO 1: CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL
ESTIMULADOR GRASS SD9
En el Salón de Clases Prácticas la estimulación eléctrica de los preparados biológicos se realizará
mediante el estimulador Grass SD9 (Fig. 1.1.). El estimulador genera pulsos cuadrados de voltaje, i.e.,
una diferencia de voltaje constante (y que idealmente se alcanza de modo instantáneo) cuyo módulo
corresponde a la diferencia de potencial entre el electrodo positivo (ánodo, “+”) y el negativo (cátodo, “-
”), ver Fig. 1.1.a, permitiendo establecer su duración (el tiempo durante el cual se mantiene esa
diferencia) y la frecuencia de estimulación (pps, pulsos por segundo; inversa del periodo constante entre
el comienzo de un estímulo y el comienzo del siguiente). La polaridad del estímulo puede ser
modificada en el panel frontal del estimulador (POLARITY: Normal/Reverse, Fig. 1.1.b). Los rangos
permitidos por el estimulador para estas variables se resumen en la siguiente tabla:
Frecuencia
0.2 – 200 pps (pulsos
por segundo)
Duración 0.02 – 200 ms
Voltajes de salida 0.1 – 100 V
Pre-pulso 5 V (TTL)
Este estimulador genera una señal previa a la aplicación del estímulo (pre-pulso) que permite
sincronizar la estimulación con la adquisición y visualización de las señales que se registran en el
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computador u osciloscopio (Fig. 1.1.c). Por otra parte, este equipo también presenta un comando de
“delay”. Este permite establecer el tiempo existente entre el pre-pulso de sincronización y el instante en el
cual se genera el pulso cuadrado de estimulación, permitiendo así visualizar el instante de ocurrencia
del estímulo un cierto tiempo conocido luego de iniciado el barrido.
La fijación de la frecuencia, duración, delay y voltaje se lleva a cabo mediante los controles
localizados en el panel frontal (Fig. 1.1.d). Estos combinan un “dial” continuo con un switch
multiplicador (de 3 o 4 posiciones, x0.1, x1, x10, x100), ver Fig. 1.1.c. Así, por ejemplo, los valores de
frecuencia (pps) pueden ser fijados dentro de los siguientes rangos:
0.2 a 2 pps (switch en x0.1)
2.0 a 20 pps (switch en x1)
20.0 a 200 pps (switch en x10)
El estimulador también permite la generación de pares de pulsos de estimulación (Fig. 1.1.e); en
este caso al modificar el comando “Frecuencia” lo que se define es la frecuencia de generación de cada
par de pulsos, mientras que el tiempo entre los pulsos del par se determina modificando el comando de
“delay”. De esta forma cuando se coloca al equipo en modo de pulsos pareados (“twin pulses”), el
primer estímulo ocurrirá en el mismo instante en el que comience el registro (i.e., estímulo y pre-pulso
son simultáneos) mientras que el tiempo de “delay” corresponderá al intervalo entre los pulsos de cada
par de estímulos.
Fig. 1.1. Estimulador Grass SD9, panel frontal
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1.1 MONITOREO DE LA CORRIENTE APLICADA
El estimulador SD9 opera como una fuente de voltaje constante. Puesto que la estimulación de
tejidos excitables depende de la corriente inyectada al preparado, usualmente es deseable conocer la
magnitud de la corriente aplicada. Una técnica que permite monitorizar esta magnitud es la ilustrada
por el siguiente esquema, conectando una resistencia conocida de baja magnitud (10 Ohm en el ejemplo)
en serie con uno de los electrodos de estimulación.
La división de la medida de la caída de voltaje a través de dicha resistencia (que puede realizarse
mediante una de las entradas analógicas del conversor A/D, véase más adelante, o mediante un
osciloscopio, CRO en el esquema) entre el valor de la resistencia, corresponde de acuerdo a la Ley de
Ohm a la corriente (I, Ampers) aplicada.
1.2. ALGUNOS CONCEPTOS CLAVE
• La estimulación eléctrica establece la circulación de corriente entre electrodos por los compartimientos
extra- (la mayor parte) e intracelular.
• Estimulación con fuentes de voltaje: se controla la diferencia de potencial eléctrico (V), estando la
corriente determinada por la resistencia (R) del preparado de acuerdo a la ley de Ohm, que puede variar a
lo largo del experimento.
• Estimulación con fuentes de corriente: se controla la corriente (I, Ampers), y la misma es constante
independientemente de R (dentro de cierto rango).
• Estímulo aislado de tierra: asegura que la circulación de corriente ocurre entre los electrodos de
estimulación y no contra un electrodo indiferente o tierra.
• La duración del estímulo es típicamente breve a los efectos de minimizar el artefacto del estímulo y
separarlo temporalmente de la respuesta biológica.
NOTA: Para un manejo adecuado del equipamiento se recomienda la consulta del MANUAL DE
USUARIO (versión impresa disponible en el Salón de Clases Prácticas). ES FUNDAMENTAL
ATENDER A LAS RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD DETALLADAS POR EL FABRICANTE
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ANEXO 2: REGISTROS BIOELÉCTRICOS. AMPLIFICADORES
DIFERENCIALES Y AMPLIFICADOR GRASS p55
Para el registro de la actividad eléctrica de tejidos excitables como del nervio ciático o el músculo
tanto in vivo como in vitro se utilizan por lo menos un par de electrodos de registro conectados a un
amplificador diferencial que condiciona en amplitud y frecuencia las señales que van a ser
posteriormente adquiridas y visualizadas. Un amplificador diferencial mide la diferencia de voltaje (∆V)
que existe entre los dos electrodos de registro conectados a las entradas (denominadas G1 y G2 en el
amplificador GRASS p55 utilizado en el Salón de Clases Prácticas, i.e.: ∆VG1-G2 = VG1 – VG2). De este
modo, si en un momento dado la señal que registran ambos electrodos es de 100 µV la diferencia de
voltaje entre ambos (∆VG1-G2) será cero.
PROBLEMA: Determinar el valor de ∆VG1-G2 si :
a) VG1 = 100 µV y VG2 = 200 µV ∆VG1-G2 = ___________
b) VG1 = 0,90 mV y VG2 = 0,10 mV ∆VG1-G2 = ___________
c) VG1 = 10000 µV y VG2 = 10000 µV ∆VG1-G2 = ___________
d) VG1 = -100 µV y VG2 = 200 µV ∆VG1-G2 = ___________
2.1. ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES: AMPLIFICACIÓN
Gran parte de las señales bioeléctricas se caracterizan por sus bajos niveles de voltaje, como es el
caso del potencial de acción compuesto (PAC) del nervio ciático, así como el electromiograma (EMG)
del musculo gastrocnemio o el ECG. Por esto, la resolución de la señal puede incrementarse mediante la
amplificación de la señal antes de su adquisición u observación en el osciloscopio y/o computador. Este
paso de acondicionamiento permite adecuar los niveles de potencial de la fuente o sensor a los niveles de
entrada aceptados por el próximo bloque (conversor analógico/digital o conversor A/D).
La amplificación se puede realizar en pasos discretos (x1, x10, x100, x1000, x10000) o continuos;
por tanto, luego de la amplificación el valor de voltaje registrado (𝑉𝑠) será múltiplo del valor de
amplificación (S) utilizado. La salida del amplificador diferencial p55 empleado en Clases Prácticas (𝑽𝒔)
corresponde así a la diferencia ∆VG1-G2 escalada por un factor de amplificación S (“ganancia” o “factor de
escala”), que en este modelo de amplificador puede adoptar los valores x1, x10, x100, x1000, x10000
(ver Fig. 2.1.d). Es decir:
𝑉𝑠 = 𝑆 ∙ (∆𝑉𝐺1−𝐺2)
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Dividiendo a cada punto del registro por el valor de la amplificación podemos saber exactamente
el valor real de la señal registrada. De acuerdo con la notación empleada anteriormente, el valor real
de la señal registrada por el amplificador p55 corresponde a la diferencia ∆𝑉𝐺1−𝐺2, por lo que su
determinación puede realizarse mediante
∆𝑉𝐺1−𝐺2 =𝑉𝑠
𝑆
A los efectos de incrementar la relación señal/ruido (SNR, por signal/noise ratio), la amplificación
de la señal se efectúa en la proximidad del sensor o transductor (ver Anexo 3).
2.2. CALIBRACIÓN. Pre-Amplificador GRASS modelo p55.
Este modelo presenta una perilla de comando donde se puede poner al amplificador en modo de
registro o en modo de calibración (Fig. 2.1.a, indicada como “INPUT”). El modo de calibración (CAL.)
a su vez presenta varias opciones referidas a la amplitud del pulso de calibración a utilizarse. Por
debajo de la horizontal son valores en µV (de 20 a 500) y por encima los mismos valores, pero en mV
(MV).Una vez elegidos uno de estos valores se debe generar y registrar el pulso de calibración
presionando el botón rojo que se encuentra por debajo de la perilla de calibración (Fig. 2.1.b). Este pulso
de calibración establece una diferencia de potencial conocida entre las entradas G1 y G2, tornando a
G1 negativo con respecto a G2. Como el voltaje de salida del amplificador es
𝑉𝑠 = 𝑆 ∙ (∆𝑉𝐺1−𝐺2) = 𝑆 ∙ (𝑉𝐺1 − 𝑉𝐺2)
si se verifica VG1 < VG2 (condición impuesta al presionar el botón rojo), la diferencia ∆𝑉𝐺1−𝐺2 será < 0
(véase los ejercicios a y d del PROBLEMA propuesto arriba), observándose una deflexión negativa del
registro en el Display del osciloscopio o PC (i.e., 𝑉𝑠 < 0).
La calibración debe realizarse repitiendo el procedimiento para un conjunto de valores de
entrada que permitan explorar la linealidad del dispositivo en el rango de interés. Deberá construirse
una curva entrada-salida y ajustar los puntos a una recta cuya pendiente deberá corresponder a la
ganancia (S) del dispositivo fijada en cada situación.
2.3. ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES: FRECUENCIA Y FILTROS
El Pre-Amplificador GRASS modelo P55 también permite acondicionar la señal en frecuencia a
través de la utilización de filtros. Los filtros permiten disminuir la amplitud de diversos componentes
de frecuencia, minimizando o descartando componentes de frecuencia que no son de interés. Existen
múltiples métodos de filtrar en frecuencia una señal analógica o digital. De modo simplificado, los filtros
pueden agruparse en las siguientes categorías: “pasa bajo”, “pasa alto”, “pasa banda” y “suprime
banda”. Un filtro “pasa bajo” es un filtro que atenúa las amplitudes de los componentes de frecuencia
que se encuentran por encima de un valor de frecuencia elegido (Fig. 2.2.A); un filtro “pasa alto” atenúa
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las amplitudes de frecuencias que se encuentren por debajo de cierto valor (Fig. 2.2.B); un filtro “pasa
banda” atenúa por encima y por debajo de ciertos valores de frecuencia permitiendo que solo se registre
una banda de frecuencia (Fig. 2.2.C); por último, un filtro “suprime banda” atenúa la amplitud de una
banda de frecuencia, lo inverso al filtro “pasa banda” (Fig. 2.2.D).
El amplificador p55 dispone de tres tipos de filtros (Fig. 2.1.c FILTERS):
1) Filtros pasa alto (comando central izquierdo, LOW(Hz)),
2) Filtros pasa bajo (comando central derecho, HIGH (kHz))
3) Un filtro suprime banda.
En la Fig.2.3 se muestran las curvas de respuesta en el dominio de las frecuencias (Diagramas de
Bode) para los filtros del amplificador p55. El diagrama muestra, en ordenadas la relación salida/entrada
del amplificador, en función del componente de frecuencia de la señal de entrada (abscisas). Un valor
de ordenadas del 100% significa que la señal no ha sido atenuada por el dispositivo, mientras que un
valor de 0% significa que la señal ha sido completamente atenuada. Considérese por ejemplo el filtro
pasa alto (LOW) de 0.3 Hz (esta frecuencia recibe el nombre de “frecuencia de corte, 𝑓−6𝑑𝐵”). Como
puede observarse, para una señal de entrada con frecuencias menores de 0.3, la curva correspondiente
(segunda de izquierda a derecha) muestra una atenuación de la señal por debajo del 50%. Para señales de
entrada con frecuencias mayores de ese valor, la atenuación es menor del 50%, mientras que para señales
de entrada con frecuencias mayores de aproximadamente 2 Hz la atenuación es nula. Es decir, el filtro
LOW con 𝑓−6𝑑𝐵 rechaza frecuencias bajas (más bajas que 0.3 Hz) y permite el pasaje de frecuencias
superiores, por lo que corresponde a un flitro pasa alto. La frecuencia de corte seleccionada es aquella en
la que la atenuación corresponde al 50% (o a -6 dB, unidades más frecuentemente utilizadas en este
campo).
Es importante notar que el uso simultáneo de un filtro pasa bajo (de mayor frecuencia) y un filtro
pasa alto (de menor frecuencia) genera un filtro pasa banda. A modo de ejemplo, en la Fig.2.1. ambos
comandos generan un filtro pasa banda entre 0.3 y 3000 Hz (3 kHz).
El último filtro que utiliza este amplificador es el suprime banda de la “alterna” (LINE FILTER).
La alterna constituye una señal que se introduce de forma espuria en los registros de señales bioeléctricas,
originada por la alternancia periódica (senoidal) de los polos negativo y positivo que presenta el
suministro de corriente eléctrica. Dicha alternancia oscila en torno a 50 Hz (i.e., el período de la
oscilación es de 1/50, concepto que puede simplificarse considerando que ~50 veces por segundo se
invierten los polos positivo y negativo de las terminales eléctricas a las que se conectan la mayor parte de
los dispositivos que operan con 220V/AC. El filtro suprime banda (LINE FILTER) está específicamente
diseñado para filtrar esta señal artefactual (Fig.2.1.e).
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Figura 2.1. Pre-Amplificador GRASS modelo P55, panel frontal.
Figura 2.2. Clases de
filtros. A Filtro pasa
bajo. B Filtro pasa alto.
C Filtro pasa banda. D
Filtro suprime banda
Figura 2.3. Curvas de respuesta en frecuencia para el amplificador Grass p55
a
b
c
d
e
Am
plit
ud
Frecuencia (Hz)
pasa bajo
Frecuencia (Hz)
pasa alto
Frecuencia (Hz)
pasa banda
Frecuencia (Hz)
suprime bandaA B C D
NOTA: Para un manejo adecuado del equipamiento se recomienda la consulta del MANUAL DE
USUARIO (versión impresa disponible en el Salón de Clases Prácticas). ES FUNDAMENTAL
ATENDER A LAS RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD DETALLADAS POR EL FABRICANTE
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ANEXO 3: CONVERSIÓN ANALÓGICO-DIGITAL Y ADQUISICIÓN DE
SEÑALES
Un sistema de adquisición de datos (DAQ) permite la medición de una magnitud física tal como
la temperatura, la presión o la intensidad de luz, e incluye un conjunto de componentes y etapas de
procesamiento que puede esquemáticamente resumirse en:
a) Un sensor o transductor. En general, estos dispositivos generan una señal eléctrica analógica
(𝑉 = 𝑓(𝑥, 𝑡)), que varía proporcionalmente con los cambios en el nivel de una variable física
(𝑥). En el Anexo 5 se revisa algunos de los aspectos fundamentales de los transductores de
fuerza.
b) Una señal, frecuentemente una diferencia de potencial eléctrico generada por el sensor o
transductor frente a un cambio de estado consecuente con la modificación del nivel de la
magnitud física medida.
c) El acondicionamiento de la señal. En el Anexo 2 algunos aspectos relacionados al
acondicionamiento de las señales son considerados.
d) Un dispositivo de conversión analógico/digital (CAD) que lleva a cabo la conversión de la
señal analógica en una digital.
e) Un dispositivo para el almacenamiento y la visualización de la señal. Usualmente este
componente es un computador que cuenta asimismo con programas de procesamiento que
permiten el análisis y presentación ulterior de la señal adquirida. En el Anexo 4 se presenta un
instructivo para el manejo de un programa de adquisición y procesamiento de señales de
naturaleza bioeléctrica.
En la Fig. 3.1. se esquematizan estos componentes, empleando como ejemplo la adquisición de
una señal generada por cambios en la tensión de una preparación biológica.
En lo que sigue, se presentará algunos elementos generales para la configuración de la conversión
analógico/digital. Las especificaciones del CAD NI-USB 6009 empleado en el Salón de Clases
Prácticas se presentan al final de este Anexo.
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3.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE UN SISTEMA DE MEDIDA: ALGUNAS
DEFINICIONES
a) EXACTITUD (en ing. “Accuracy”): Capacidad de un instrumento de medida de proporcionar
indicaciones que se aproximan al verdadero valor de la magnitud medida. Suele emplearse en
español como sinónimo el término precisión. Se determina mediante la CALIBRACIÓN
ESTÁTICA. Se emplea un patrón de referencia para la construcción de una CURVA DE
CALIBRACIÓN.
b) FIDELIDAD (en ing. “Precision”): Capacidad de un instrumento de dar el mismo valor de la
magnitud medida cuando se repite el proceso de medición en idénticas condiciones.
Observación: esta cualidad es INDEPENDIENTE de la EXACTITUD.
Fig. 3.1. Sistema de Adquisición de Datos
+
-
CAD
Amp.
DAQ. SOFTWARE.
Transductor de Fuerza
Magnitud Física (Cambio en la Tensión desarrollada por un preparado)
Filtros Analógicos.
Control de la Adquisición.
Almacenamiento
Visualización
Procesamiento
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c) SENSIBILIDAD o FACTOR DE ESCALA: Es la pendiente de la curva de calibración. Para
un sensor cuya salida esté relacionada con la entrada 𝑥 mediante y = f(x), la sensibilidad (S) en
un punto a cualquiera de la curva de calibración será:
𝑺(𝒙𝒂) =𝒅𝒚
𝒅𝒙 | 𝒙 = 𝒙𝒂
d) LINEALIDAD: Constituye una medida de la constancia de la sensibilidad del dispositivo (i.e.,
un sistema es lineal si 𝑺(𝒙) no varía con 𝒙).
e) RESOLUCIÓN: Cambio mínimo en la entrada para el cual se obtiene un cambio en la señal de
salida.
f) HISTÉRESIS: Diferencia en la salida para una misma entrada, según la dirección en la que
esta se alcance (por ejemplo, un cambio de 0 a 1 Volts produce una salida de módulo (o valor
absoluto) distinta del que produce un cambio de 1 a 0 Volts)
g) ERROR DINÁMICO: Se define como la diferencia entre el valor indicado y el valor exacto
cuando el error estático es 0. Describe la diferencia en la respuesta del sensor a una magnitud de
entrada según que ésta sea constante o variable en el tiempo.
h) VELOCIDAD DE RESPUESTA: Medida de la velocidad con la que el sistema responde a
cambios en la variable de entrada.
3.2 SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES
Una señal 𝒚 = 𝒇(𝒕) continua en el dominio del tiempo es aquella que adopta un valor “𝒚𝒊” para
todos los valores reales “𝒕𝒊” en el eje del tiempo (i.e., el dominio corresponde al conjunto de los números
reales +). Una señal discreta en el dominio del tiempo, en cambio, adopta valores únicamente a
intervalos definidos de tiempo (i.e, su dominio es un conjunto contable). Frecuentemente una señal
discreta es obtenida mediante el muestreo (sampling) de una continua.
La distinción entre señales analógicas y digitales es similar a la distinción previa, pero en este
caso la diferencia implica a los valores de la función o codominio: a una señal analógica corresponde un
conjunto continuo de valores posibles 𝒚𝒊 (i.e., una señal analógica puede adoptar cualquier valor 𝒚𝒊 en
cualquier instante 𝒕𝒊), mientras que a una señal digital corresponde un conjunto discreto de valores. La
información contenida en una señal analógica puede corresponder al nivel de la variable en un instante
determinado, a los valores máximo o mínimo, al promedio en un intervalo, al curso temporal, a los
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componentes de frecuencia o a la frecuencia en el caso de ser una señal periódica. El contenido de
información de una señal digital difiere, así, del de una señal analógica; un ejemplo simple de una señal
digital es una secuencia binaria, en la que los valores de aquella pueden ser únicamente 0 y 1. Una señal
digital mencionada en el Anexo 1 corresponde al pulso de sincronización (pre-pulso). Esta señal posee
únicamente dos estados posibles: ON (logic high, 2-5 Volts) y OFF (logic low, 0-0.8 Volts), y es
frecuentemente referida como transistor-transistor-logic (TTL) signal.
3.3. CONVERSIÓN ANALÓGICO-DIGITAL (CAD)
Un conversor análogico-digital lleva a cabo la transformación de un voltaje analógico en un
valor digital capaz de ser procesado por un computador, permitiendo la adquisición de señales y su
procesamiento, compresión, codificación y análisis en el dominio temporal o en el dominio de la
frecuencia, etc. La conversión analógico digital implica esquemáticamente tres procesos fundamentales,
representados en la Fig. 3.2.:
Fig. 3.2. CONVERSIÓN A/D
a) La transformación de una señal continua en el dominio del tiempo en una señal discreta en ese
dominio (sampling o muestreo)
b) La cuantificación de la amplitud o nivel de la señal (o retención) y asignación de un valor
digital a un intervalo definido de valores de la variable real (analógica), proceso designado
como codificación.
c) El establecimiento de la relación entre el nivel de la magnitud física y su valor numérico
(referencia).
En el proceso de codificación se efectúa la traducción de los valores obtenidos durante la
cuantificación al código binario. El sistema binario corresponde a un sistema en el que los números son
representados mediante una secuencia de dígitos binarios, cada uno de los cuales puede tomar
únicamente los valores de 0 o 1.
Un bit (acrónimo de Binary digit), unidad mínima de información empleada en sistemas
informáticos, corresponde a un dígito del sistema binario, que puede tomar únicamente los valores 0 y 1
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(compárese con el sistema decimal, donde son empleados 10 dígitos o símbolos). Con un bit (1 Bit)
pueden representarse (codificarse) únicamente dos niveles de una variable (“on” y “off”, “éxito” y
“fallo” o “si” y “no” por ejemplo). A través de una secuencia de bits puede codificarse cualquier valor de
una variable discreta. Por ejemplo con 2 Bits pueden representarse cuatro valores o estados posibles:
Valores Bit #1 Bit#2
Valor “A” 0 0
Valor “B” 0 1
Valor “C” 1 0
Valor “D” 1 1
En general, con un número 𝒏 de Bits pueden representarse 𝟐𝒏
valores posibles. En el caso anterior 2𝑛 = 22 = 4.
En la Fig. 3.3. (tomada de Pallás Areny, R. Instrumentos
electrónicos básicos, 2006) se representa una variable 𝑉 = 𝑓 (𝑡) en
función del tiempo, y su codificación por un sistema de 𝑛 = 8 bits.
Fig. 3.3. Ver
explicación en el
texto.
N° de Bits (n)
N° posible
de valores
codificables
2 4
3 8
… …
14 16.384
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En (a) se muestra la señal continua en función del tiempo; en (b) la señal muestreada (i.e., se ha
medido el nivel de la variable a intervalos t definidos, obteniéndose una variable discreta); en (c) se
codifica esa variable con un sistema de 1 Bit y en (d) se efectúa la codificación con un sistema de 8 Bits.
Por ejemplo, el primer valor de la variable en (b) 𝑉(𝑡1) es representado por 01011001, donde el primer
dígito corresponde al Bit1, el segundo al Bit2 y así sucesivamente hasta el Bit8 (de abajo hacia arriba en
el gráfico).
A continuación serán considerados algunos de los aspectos fundamentales de la configuración de
la digitalización y adquisición de señales: la resolución y el rango del CAD y su relación con la
ganancia seleccionada para el amplificador o pre-amplificador de la señal analógica antes de su
conversión. Finalmente, algunas consideraciones sobre la frecuencia de muestreo en el proceso de
sampling serán introducidas.
3.3.a. RANGO DEL CAD
El rango del CAD se define como la diferencia entre el nivel mínimo y el nivel máximo de la
señal analógica que el CAD es capaz de digitalizar. Típicamente estos valores se encuentran entre 0 y 10
Volts o entre -10 y +10 Volts.
3.3.b. RESOLUCIÓN
El número de bits utilizado para codificar una señal analógica determina la resolución del
conversor analógico-digital (CAD): cuanto mayor la resolución, mayor el número de divisiones del
RANGO que el CAD puede efectuar, y por lo tanto menor será la diferencia o cambio mínimo
detectable. Un CAD de 3 Bits puede efectuar 8 divisiones del rango (23). Una serie binaria entre 000 y
111 representa así a todos los valores posibles. El CAD transforma cada medida de la señal analógica en
un valor digital comprendido en la serie binaria. En la siguiente figura se representa una señal sinusoidal
de 5 Hz digitalizada por un CAD de 3 Bits y por un CAD de 16 Bits (capaz de dividir el rango en 65.536
o 216), mostrándose que la resolución de la señal es mayor para el segundo caso.
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3.3.c. ADECUACIÓN DEL RANGO DE LA SEÑAL ANALÓGICA AL RANGO DEL
CAD
El rango de valores que puede asumir la señal analógica que será digitalizada y el rango del CAD
deben ser adecuados, a los efectos de optimizar al máximo la resolución del CAD. Por ejemplo,
considérese un CAD de 3 Bits con un rango de 0 a 10 V y un segundo CAD de 3 Bits con un rango de -10
a 10 V. Ambos conversores pueden efectuar 8 divisiones del rango. Para el primero, cada división será de
10 𝑉8⁄ = 1,25 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠, mientras que para el segundo será de −10 𝑉 − 10
8⁄ = 20 𝑉8⁄ = 2.5 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠. Así,
el segundo CAD es capaz de realizar una representación mucho menos precisa de la señal de 0-8 Volts
que el primero (i.e, el conversor de 3 Bits y 20 V de rango resuelve peor una señal que el de 10 V de
rango). La siguiente figura ilustra estas diferencias.
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3.3.d. AMPLIFICACIÓN DE LA SEÑAL ANALÓGICA ANTES DE SU
DIGITALIZACIÓN
La amplificación de la señal antes de su digitalización incrementa la capacidad de resolución de
dicha señal. Con este paso de acondicionamiento es posible adecuar el rango de la señal analógica al
rango del CAD, a los efectos de que éste sea empleado en su totalidad, lo que significa a su vez que será
empleado el total de divisiones posibles del RANGO que el CAD puede realizar (su resolución) para
representar la señal. Por ejemplo, para el CAD de 3 Bits y con un rango de 0 a 10 Volts considerado en
el apartado anterior, si se deseara digitalizar una señal analógica comprendida entre 0 y 1 Volts sin
amplificar, la resolución sería extremadamente baja (cada división del rango del CAD es de 1,25 Volts,
por lo que cambios de la señal entre 0 y 1 V no serán siquiera detectados). Si en cambio se amplifica la
señal por 10, el rango efectivo de aquella se situará ahora entre 0 y 10, acoplándose al rango del CAD,
que podrá así discriminar valores entre 0 y 1,25, entre 1,25 y 2,5, entre 2,5 y 3,75, etc.
3.3.e. ANCHO DE CÓDIGO (Code Width)
La amplificación de la señal analógica, el rango y la resolución del CAD determinan el menor
cambio del nivel de la variable detectable (cambio mínimo del voltaje de entrada al CAD). Este cambio
en voltaje es denominado least significant bit del valor digital, también denominado ancho de código
(𝑸).
El ancho de código (𝑸) es el menor cambio en el nivel de una señal analógica capaz de ser
detectado por un sistema de digitalización y puede calcularse como
𝑸 =𝑹𝒂𝒏𝒈𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝑪𝑨𝑫 (𝑽𝒐𝒍𝒕𝒔)
𝑨 × 𝟐𝒏
Siendo 𝑨 la amplificación y 𝒏 el número de Bits del CAD (i.e., 𝟐𝒏 corresponde a la resolución). La
determinación de 𝑸 es importante en la selección del CAD. Por ejemplo, un CAD de 12 Bits con un
rango de 0 a 10 V y una amplificación de 1x es capaz de detectar cambios de 2,4 mV, mientras que un
CAD de 12 Bits con un rango de -10 a 10 V y una amplificación de 1x será capaz de detectar cambios de
4,8 mV de la señal analógica.
PROBLEMA
La siguiente tabla representa dos dispositivos de adquisición (DAQ 1 y DAQ 2), cada uno de los
cuales puede presentar una de dos configuraciones (A o B). Se propone seleccionar una de las 4
posibilidades para llevar a cabo un proyecto de medición en el laboratorio. Proyecto: Un transductor
de presión genera una salida entre -2 y +2 V, para un rango lineal de presiones entre 20 y 105 kPa. Se
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desea detectar cambios de presión de por lo menos 1.5 Pa. ¿Cuál de las configuraciones (1A, 1B, 2A,
2B) es más adecuada? ¿Qué ganancia seleccionaría para pre-amplificar la señal del transductor?
3.3.f. MUESTREO (Sampling)
Durante el muestreo de una señal analógica se realizan sucesivas conversiones A/D a intervalos
t de valor fijo (intervalo de muestreo). La frecuencia de muestreo (𝑓) queda definida como
𝑓 =1
∆t
La selección de la frecuencia de muestreo es uno de los elementos críticos en la adquisición de
señales. Por ejemplo, una señal analógica sinusoidal de 1 Hz muestreada a 1000 S/s (muestras por
segundo o 1 kHz) es representada de manera mucho más exacta que si el muestreo se realizara a 10 Hz.
Un muestreo a una frecuencia excesivamente baja produce un fenómeno denominado aliasing. El
resultado de este efecto es que la señal
adquirida aparece con una frecuencia
distinta de la que en realidad tiene. En la
figura de la derecha se muestra un
ejemplo. Los puntos (●) representan las
muestras de una señal senoidal con dos
frecuencias de muestreo. Abajo, se
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observa que con una frecuencia de muestreo ~ 10 veces más baja, la señal es representada como una
sinusoide de menor frecuencia que la señal original.
De acuerdo con el Teorema de Nyquist se debe muestrear con una frecuencia que sea el doble
que la máxima componente de frecuencia de la señal de entrada. Si bien este Teorema provee un punto de
partida para la determinación de la frecuencia óptima de muestreo, el valor que establece suele ser
inadecuado en la práctica. Habitualmente, la frecuencia de muestreo se elige entre 5 y 10 veces la
frecuencia máxima de la señal a medir.
3.4. DATOS TÉCNICOS DEL CAD NI-USB 6009
Entradas Analógicas
Diferenciales
4
Rango ± 𝟏𝟎 𝐕
Resolución 14 Bits
Máxima Frecuencia de
Muestreo
48 KS/s (KHz)
Protección de sobrecarga ± 𝟑𝟓 𝐕
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ANEXO 4: ADQUISICIÓN Y ALMACENAMIENTO DE SEÑALES
BIOELÉCTRICAS CON WINWCP V 5.2.7
INSTRUCTIVO PARA WinWCP V5.2.7 (Whole Cell Electrophysiology Analysis
Program - Strathclyde Electrophysiology Software)
WinWCP es un programa de adquisición, almacenamiento y análisis (on-line y off-line) de
señales bioeléctricas digitalizadas. La siguiente guía está diseñada como primera aproximación al uso
de esta herramienta en las Prácticas de Fisiología que emplean a las preparaciones de sinapsis
neuromuscular (in situ) y nervio aislado (in vitro). La Guía de Usuario del programa se encuentra
disponible en http://spider.science.strath.ac.uk/sipbs/media/40/ses/WinWCP_User_Guide.pdf.
4.1. CONFIGURACIÓN DEL PROGRAMA PARA EL USO DEL DISPOSITIVO DE
CONVERSIÓN ANALÓGICO-DIGITAL (CAD) NI USB-6009
WinWCP es compatible con
múltiples dispositivos de conversión
analógico-digital (A/D) fabricados por
National Instruments (NI, series M, X y
E, PC/1200 y USB). El Salón de
Clases Prácticas de Fisiología cuenta
con dispositivos USB (NIDAQ USB-
6009). A los efectos de poder adquirir
señales digitalizadas mediante estos
dispositivos es necesario configurar el
programa de adquisición,
seleccionando en el menú Setup de la ventana principal de WinWCP la opción “Laboratory Interface”.
En el cuadro de diálogo que se abrirá:
1. Seleccionar National Instruments (NIDAQ-MX) en el primer menú desplegable.
2. Seleccionar el número de dispositivo en el campo inferior (habitualmente Dev1 si solamente
hay instalada una tarjeta NI).
3. Seleccionar “Differential” en el menú A/D Input mode.
Fig. 4.1. Ventana principal de WinWCP y cuadro de diálogo
Laboratory Interface
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Nota: Para que pueda llevarse a cabo la configuración del
conversor A/D (CAD), la tarjeta debe hallarse previamente
instalada y conectada a la PC. Los drivers para los dispositivos NI
son proporcionados en los discos de instalación o en la página web
de soporte de National Instruments (http://www.ni.com/es-cr.html).
Para verificar que la instalación sea correcta, debe accederse al
programa Measurement & Automation Explorer. En el panel de la izquierda desplegar My System » Devices and
Interfaces y seleccionar el nombre del dispositivo. Al hacer click derecho sobre el nombre, seleccionar la opción
“Self Test”. Si el resultado de este es “OK”, el dispositivo se encuentra correctamente instalado. Las características
generales de los conversores A/D así como los aspectos técnicos específicos de la tarjeta NIDAQ USB-6009 son
presentadas en otro apartado del material anexo.
4.2. ADQUISICIÓN Y VISUALIZACIÓN DE LAS SEÑALES EN WinWCP
4.2.a. Configuración de los CANALES de entrada y AMPLIFICADORES
WinWCP despliega las señalas adquiridas por cada canal (un total de 4 canales de entrada
analógicos en el caso de los conversores USB-6009), permitiendo asignar a cada uno de estos un
nombre, las unidades correspondientes y el
factor de escala empleado (“ganancia”
seleccionada en el pre-amplificador diferencial
p55 por ejemplo). Estos parámetros pueden ser
definidos por el usuario accediendo al cuadro
de diálogo “Input Channels & Amplifiers
Setup” (Fig. 2), seleccionando esta opción en
el menú “Setup”:
1. En la pestaña “Amplifiers”
seleccionar la opción “None”. Ello permitirá
realizar la configuración manual de la
calibración de los correspondientes canales.
2. En la pestaña “Input Channels” se
dispone de cinco campos por cada canal
organizados en una tabla (ver Fig. 3):
• Name: (admite 1 a 4 caracteres, por ejemplo “Im” para el canal 0 en la Fig. 3)
Fig. 4.2. Configuración de los Canales de Entrada y
Amplificadores
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• V/Units: El factor de escala que relaciona el
voltaje de entrada al CAD (en Volts) con los valores reales
que adopta la señal para cada canal correspondiente (en las
unidades definidas por el usuario en la columna “Units”).
Por ejemplo: si la ganancia del pre-amplificador fue fijada
en x1000, y las unidades de la señal son el mV, el valor que
debe asignarse como factor de escala (V/Units) será igual a 1
V/mV.
PROBLEMA: ¿Cuál será la el factor de escala “V/Units”
apropiado si la ganancia del pre-amplificador es fijada en
x10 y las unidades seleccionadas son los milivolts, mV?
¿Cómo podría verificarse empíricamente que el factor de
escala seleccionado es correcto?
• Units: Unidad de medida de la señal (e.g. V, mV, V, pA, etc.)
• AI Ch.: Corresponde al número de canal del CAD que se emplea para adquirir una señal
determinada.
• Amplifier: Indica si se encuentra o no configurado un amplificador específico. Para el uso con el
equipamiento de clases prácticas es recomendable no seleccionar ningún amplificador de la lista
correspondiente (ver más arriba).
En este cuadro de diálogo podrá asimismo seleccionarse las unidades de tiempo apropiadas. Es
recomendable seleccionar msecs.
NOTA: La configuración establecida puede ser guardada haciendo click en el botón “Save Settings”,
permitiendo la omisión de los pasos detallados en usos posteriores del programa.
4.2.b. Almacenamiento/visualización de señales.
• Almacenamiento de datos (archivos “.wcp”)
Antes de iniciar la adquisición de una señal, deberá crear un archivo con extensión “*.wcp” en el
disco duro del computador, abriendo el cuadro de diálogo New Data File en el menú “File” de la
ventana principal de WinWCP. El nombre del archivo tiene por defecto el formato aammdd_001.wcp. La
carpeta que por defecto contiene a estos archivos es WinWCPData. Los archivos “*.wcp” creados
podrán ser abiertos con el programa para el procesamiento posterior de los datos.
Fig. 4.3. Configuración de los Canales de
Entrada
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• Display/Visualización
Una vez configurados los canales de adquisición (2.a.) y luego de creado un nuevo archivo (e.g.
170101_001.wcp), seleccione menú Record » Record to disk. La ventana que se abrirá a continuación
corresponde al área de display del programa, comparable a un osciloscopio digital en el que se despliegan
los trazados a medida que las señales son adquiridas. La casilla de verificación “Save to file” debe estar
activada para que los registros sean almacenados en el archivo 170101_001.wcp creado previamente.
• Modos de adquisición. External Trigger.
La adquisición en WinWCP puede efectuarse de cuatro formas alternativas, denominadas Free
Run, External Trigger, Detect Events y Stimulus Protocol. Para las prácticas de sinapsis
neuromuscular y nervio aislado se utilizará la modalidad denominada External Trigger, que deberá
seleccionarse en el menú desplegable de la ventana.
Fig. 4.4. Ventana Record to Disk
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• Barridos (Sweeps)
En la modalidad External Trigger, el programa realiza la adquisición de un número de barridos
(o sweeps) de duración constante, cada uno de los cuales se inicia en respuesta a una señal de
sincronización o trigger generada por el estimulador y entregada al canal PFIO o Trigg. del CAD.
Nota: para el estimulador GRASS SD9 disponible en el Salón de Clases Prácticas esta señal es
generada en el output designado “Pre-pulse”.
Un barrido o “sweep” constituye una serie de medidas puntuales de la señal digitalizada (muestras
o “samples”). El intervalo constante (𝑇) entre una muestra y la siguiente corresponde a la inversa de la
frecuencia de muestreo (𝒇):
𝑇 =1
𝑓
Configuración de la frecuencia de muestreo,
duración, número de barridos y número de canales
En el campo “RecordingMode” (Fig. 5), luego de
seleccionar el modo “External Trigger” deberá configurarse:
1. El número de barridos (No. records) que será
almacenado dentro de un mismo archivo. Será
ajustado de acuerdo al objetivo específico de cada
experimento. El programa generará un nuevo
archivo de forma automática modificando los
últimos tres dígitos del nombre asignado por
defecto cada vez que se complete el número de
barridos ingresado. Por ejemplo: si el No. records = 10 el archivo 170101_001 contendrá 10
barridos, el 170101_002 los siguientes 10, y así sucesivamente.
2. Número de Canales (No. input channels). Los canales son mostrados en la secuencia Ch.0,
Ch.1, etc. asignada en el cuadro de diálogo de configuración “Input Channels & Amplifiers
Setup”.
3. Ganancia del Amplificador (Amplifier Gain): Valen las mismas consideraciones que las
realizadas en 2.a.
Los siguientes tres parámetros serán considerados en conjunto:
4. Duración del barrido (Record duration)
Fig. 4.5. Configuración del registro
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5. Número de muestras (No. samples)
6. Frecuencia de muestreo (Sampling Interval)
El mínimo número de muestras adquirido en cada barrido es de 256, incrementándose en unidades de
256 muestras (256, 512, 768, etc.). El máximo número de muestras (𝐍𝐨. 𝐬𝐚𝐦𝐩𝐥𝐞𝐬𝐦𝐚𝐱) es de
𝑁𝑜. 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒𝑠𝑚𝑎𝑥 =16.184
𝑁𝑜. 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑐ℎ𝑎𝑛𝑛𝑒𝑙𝑠
o de
𝑁𝑜. 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒𝑠𝑚𝑎𝑥 =1.048.576
𝑁𝑜. 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 𝑐ℎ𝑎𝑛𝑛𝑒𝑙𝑠
según el CAD utilizado. La duración del barrido quedará fijada según la frecuencia de muestreo
seleccionada y el número total de muestras. En la siguiente tabla se muestra un conjunto de
combinaciones posibles, para un número de muestras entre 256 y 4864, con frecuencias de muestreo de
1 KHz, 5 KHz, 10 KHz, 20 KHz y 40 KHz.
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Por ejemplo, si se desea obtener un trazado de aproximadamente 12 ms con una frecuencia de muestreo
de 40 KHz, deberá elegirse un intervalo de muestreo (Sampling interval) de 0.025 ms, y un número
total de muestras (No. samples) igual a 512. Para frecuencias de muestreo que no aparecen en la tabla, los
valores correspondientes al número de muestras para una duración dada pueden obtenerse según la
relación
𝑆𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑛𝑔 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙 =𝑅𝑒𝑐𝑜𝑟𝑑 𝐷𝑢𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛
𝑁° 𝑜𝑓 𝑆𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒𝑠
recordando que el número de muestras deberá ser aproximado al valor más cercano a 256 ∙ 𝑥 ( 𝑐𝑜𝑛 𝑥 =
1,2, 3 … )
• Inicio de un registro
Una vez configurados los campos señalados anteriormente, el registro puede iniciarse haciendo
click sobre el botón “Record”. En el modo “External Trigger” no se iniciará un barrido hasta tanto no
ocurra una señal de sincronización. La casilla de verificación “Save to file” debe estar activada para que
los registros sean almacenados en el archivo “*.wcp” creado previamente.
4.3. PROCESAMIENTO DE SEÑALES EN WinWCP
Se recomienda específicamente la lectura de los siguientes capítulos de la Guía de Usuario del
programa (disponible en http://spider.science.strath.ac.uk/sipbs/media/40/ses/WinWCP_User_Guide.pdf),
a partir de los cuales puede adquirirse un conjunto de herramientas para un procesamiento inicial de las
señales adquiridas con WinWCP.
• Making Waveform Measurements (Pág. 94)
• Plotting Graphs of Measurements (Pág. 99)
• Signal Averaging (Págs, 131-133)
Nota: WinWCP permite exportar archivos en formatos tales como “*.abf”, “*.dat”, “*.txt”, etc. Con
ello, el procesamiento puede ser llevado a cabo en programas tales como Spike2, MATLAB, Clampfit,
Hojas de cálculo, etc.
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ANEXO 5: TRANSDUCTORES DE TENSIÓN GRASS FT03/FT10
Como concepto fundamental, los transductores son dispositivos que llevan a cabo la conversión
de la medida del nivel de una variable física 𝑥 = 𝑓(𝑡) (en fisiología habitualmente se desea medir
temperatura, presión, fuerza, flujo, etc) en una señal eléctrica analógica, frecuentemente una
diferencia de potencial eléctrico (𝑉 = 𝑓(𝑥, 𝑡)), que varía idealmente de forma lineal dentro de un
determinado rango de valores de 𝑥. Los transductores están constituidos por un extensómetro o galga
extensiométrica, sensor cuya deformación en uno o más ejes -provocada por la aplicación de una
presión, carga, o fuerza- provoca en éste un cambio en el valor nominal de su resistencia eléctrica
(propiedad denominada piezorresistividad), consecuencia del cambio en la longitud, la sección o la
resistividad del material piezorresistivo. A continuación, se detallarán algunas características del
transductor de Tensión FT03/FT10 Grass utilizado en el salón de clases prácticas.
5.1. DISEÑO DE PUENTE PARA MEDICIONES DE TENSIÓN.
Tanto los transductores de presión como de tensión de uso habitual en el Salón de Clases
Prácticas, se construyen empleando un dispositivo de medición de voltaje o corriente continua
conectado a las terminales un circuito eléctrico denominado Puente de Wheatstone. Una de las
configuraciones corrientemente empleadas del Puente de Wheatstone se esquematiza en la Fig. 5.1.
Como se muestra, éste se compone de cuatro resistencias que forman una malla cerrada, conectándose a
los nodos A y C las terminales de una fuente de voltaje, esquematizada en la parte izquierda, y
midiéndose la diferencia de potencial eléctrico entre los nodos D y B del circuito (VSALIDA).
Figura 5.1 Puente de Wheatstone.
De las resistencias que componen al circuito, dos poseen un valor fijo y conocido (R2 y R4),
mientras que una de ellas posee un valor variable (RV), que puede ajustarse libremente. La cuarta
resistencia (Rx) posee en esta configuración un valor desconocido. Dicha configuración del circuito
puede emplearse para determinar el valor de Rx.
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Se dice que el puente se encuentra balanceado o en equilibrio cuando la diferencia de potencial
entre D y B es nula (VSALIDA=0), independientemente del voltaje aplicado a los nodos A y C. Aplicando
las las leyes de Kirchoff a este circuito, puede demostrarse que esta situación (VSALIDA=0) se verifica
cuando se cumple la siguiente relación entre las resistencias:
𝑅𝑋
𝑅𝑉
=𝑅2
𝑅4
Por lo que
𝑅𝑋 = 𝑅𝑉 (𝑅2
𝑅4
)
Así, ajustando el valor de RV hasta que VSALIDA=0 y resolviendo la ecuación anterior, puede
determinarse Rx.
Una configuración alternativa se obtiene al reemplazar una de las resistencias del circuito por
un material piezorresistivo, como se muestra en la Fig. 5.2.
Fig. 5.2. Ver explicación en el texto.
La resistencia del transductor (RTRANSDUCTOR) cambia proporcionalmente a los cambios del
parámetro o variable física (fuerza, tensión, etc.) que se está midiendo. Si el puente está equilibrado en un
punto conocido en el que se verifica RTRANSDUCTOR(0) = R2 = R3 = R4, entonces el cambio en la resistencia
del transductor (RTRANSDUCTOR) inducido por la deformación mecánica del piezorresistivo provocará un
cambio proporcional en la magnitud del voltaje de salida (VSALIDA) de acuerdo con
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∆𝑉𝑆𝐴𝐿𝐼𝐷𝐴 = ∆𝑅𝑇𝑅𝐴𝑁𝑆𝐷𝑈𝐶𝑇𝑂𝑅 (𝑉𝐸𝑁𝑇𝑅𝐴𝐷𝐴
4. 𝑅)
Así, el VSALIDA constituye una medida lineal (dentro de un rango adecuado) del cambio en el nivel del
parámetro físico que se pretende cuantificar.
Notas:
1. RTRANSDUCTOR(0) corresponde al valor nominal de la resistencia del sensor piezorresistivo antes
de la aplicación de una deformación de dicho material
2. VENTRADA corresponde al voltaje aplicado por la fuente de alimentación conectada al circuito.
5.2. APLICACIONES
El transductor de tensión Grass FT03/FT10 puede emplearse para medir las contracciones
musculares isométricas (longitud constante). Posee un amplio rango de aplicabilidad ya que puede
utilizarse en preparados que incluyen fibras únicas hasta preparados de órganos y músculos enteros.
Aunque se utilizan básicamente para diseños isométricos, también pueden ser empleados para registros
isotónicos (tensión constante) mediante la utilización de “resortes isotónicos”. En este tipo de diseño, la
estrategia consiste en registrar el desplazamiento en vez de la fuerza.
5.3. CONEXIONES
Las conexiones mecánicas entre la preparación y el transductor deben realizarse mediante un
cordón o hilo de material no elástico, o mediante un gancho con forma de “s” (provisto junto con el
transductor). Estos deben ser enhebrados al orificio sujetador del transductor.
Por su parte, con respecto a las conexiones eléctricas no se debe exceder las especificaciones de
voltaje máximo para la excitación del puente (correspondiente al voltaje de entrada en la Fig. 5.2.). Un
voltaje de excitación menor da como resultado menos sensibilidad, especialmente importante cuando se
miden fuerzas muy pequeñas que requieren una amplificación muy grande. Las conexiones eléctricas
deben realizarse mediante cables de conexión de 8 pins (provistos junto con el transductor). Estos cables
proporcionan el voltaje de excitación adecuada y la conexión a tierra para interactuar con los
amplificadores Grass.
5.4. RANGOS
Una de las potenciales características del transductor es el uso de pequeños resortes helicoidales
para así incrementar el máximo rango del transductor. Estos rangos máximos representan la fuerza
requerida para desplazar el extensómetro en el transductor de tensión en una dirección hasta que ésta
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alcance el tope. Por lo tanto, un solo transductor con resortes intercambiables, reemplaza varios
transductores similares sin esta característica.
5.5. CALIBRACIÓN
Para obtener la calibración del transductor, se pueden colgar en el orificio sujetador del transductor
pesas (gramos) y así utilizar la gravedad como fuerza de calibración. Se debe ser cuidadoso de modo
desviar el extensómetro del transductor una dirección vertical verdadera.
5.6. DISPOSICIÓN Y CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL USO DE LOS
TRANSDUCTORES FT03/10
Para una mayor exactitud y estabilidad en el registro de fuerzas pequeñas, es recomendable que el
transductor sea montado en una base muy estable. En este sentido, las vibraciones del piso y/o el edificio
son factores importantes de interferencia.
Adicionalmente, es importante considerar las ondas de resonancia de frecuencias mecánicas. Estas
puede ser un factor importante a tener en cuenta para obtener buenos resultados, especialmente si las
frecuencias están en el rango de frecuencia que se estudia. En este sentido, es deseable utilizar un
transductor rígido con un amplificador de alta ganancia y bajo nivel de ruido. La frecuencia de resonancia
del sistema está determinada en gran medida por el peso de la preparación y la constante de resorte del
transductor. Por lo tanto, es importante mantener la frecuencia de resonancia muy por encima de la
respuesta esperada de la preparación.
5.7. CONEXIONES Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL AMPLIFICADOR P11T
El amplificador P11T del salón de clases prácticas se utiliza para amplificar y acondicionar
señales de tensión provenientes del transductor de tensión FT03. El amplificador provee de energía
eléctrica al transductor mediante una conexión específica (Fig 5.2A). La salida del amplificador es una
conexión BNC (“OUT Fig. 5.3.B). Esta salida se conecta con el Conversor Análogo Digital. La entrada
de corriente al amplificador se indica en el esquema (Fig. 5.3.C), así como la entrada del transductor al
amplificador (Fig. 5.3.D).
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Figura 5.3. Amplificador P11T. A la izquierda se muestra la vista anterior, y a la derecha la vista
posterior.
Desde el amplificador es posible ajustar la línea de base del registro modificando la salida del
transductor FT03, utilizando la perilla “Balance voltaje” (Fig 5.2.E). Este ajuste no afecta la ganancia o
sensibilidad del dispositivo, sino únicamente afecta el voltaje de equilibrio del puente, análogamente al
ajuste de un offset. Siguiendo con la expresión empleada en el apartado 5.1., este voltaje de balance
podría introducirse en la expresión empleada anteriormente para describir la salida del transductor como
∆𝑉𝑆𝐴𝐿𝐼𝐷𝐴 = ∆𝑅𝑇𝑅𝐴𝑁𝑆𝐷𝑈𝐶𝑇𝑂𝑅 (𝑉𝐸𝑁𝑇𝑅𝐴𝐷𝐴
4. 𝑅) + 𝑉𝐵𝐴𝐿𝐴𝑁𝐶𝐸
La perilla de “gain” (Fig 5.2.F) permite modificar la amplificación de la señal biológica. El rango
de amplificación va de 100 a 30.000. En el display (Fig 5.3.G) se muestra la salida en voltaje del
amplificador P11T. El botón de “TRAN CAL (Fig 5.2H)” simula 1 gramo de fuerza en el transductor, y
puede ser utilizado para la calibración y chequeo de que el sistema esté funcionando correctamente.
La respuesta en frecuencia del amplificador puede ser configurada en 3 valores: 10, 30 o 100 Hz,
siendo el valor por defecto 30 Hz. Para cambiar este valor hay que abrir el amplificador y posicionar el
conector en otro valor de frecuencia (los valores están impresos en la placa de circuito en el interior del
amplificador).